雨滴击溅对薄层水流水力摩阻系数的影响

采用模拟降雨的试验方法，在分析计算有无雨滴击溅作用坡面薄层水流水力摩阻系数的基础上，进一步分析了雨滴击溅作用对薄层水流水力摩阻系数的影响。结果表明，雨滴击溅作用可减少薄层水流的水力摩阻系数，从而减少水流摩擦阻力，使水流侵蚀力相对增大；有雨滴击溅作用时其水力摩阻系数平均为无雨滴击溅时的６６．１４％。这说明雨滴的击溅除了本身的分散和破坏土壤结构等侵蚀作用外，还可降低水流的水力摩阻系数，从而增加径流的冲     

黄土坡面薄层水流侵蚀试验研究

采取人工模拟降雨试验方法，对黄土坡面薄层水流馆进行了系统研究，结果表明，薄水液仍属层液范畴，定义为搅动层流（agitated lamiar flow)，以区别于明渠水流中的层流，其流动型态为超临界流，薄水充蚀蚀搬运方式以推移运动来完成，所产生的泥沙是接触质，雨滴击溅侵蚀是薄层水流侵蚀物质的主要来源，可占总量侵蚀量的70％以上，最高可达95％，此外雨滴击溅还可降低薄层水流的水力摩阻系数，减少水流的摩擦阻力，从而增加薄层水流的冲刷力，据实验结果，该平均值可达66．14％。     

坡地土壤侵蚀机理研究进展与现状

雨滴击溅、地面径流在坡地侵蚀中起着重要的作用。雨滴击溅的功能是破坏土壤结构，消除击溅后侵蚀量可降低６０％以上。天然坡地水流是一种混合状态的水流，其流速与水深成正比。在薄层水流动力的作用下，侵蚀量随地表坡度增加呈幂函数增大；在击溅和水流共同作用下，侵蚀量与地表坡度呈二次抛物线型关系。细沟流的作用主要是输移从沟间地来的泥沙和被雨滴溅起的固体物。８０年代以来，国内外在坡地侵蚀的物理过程模拟模型研究方面有了较快的发展。     

坡面薄层水流流态判定方法的初步探讨

为了研究坡面薄层水流流态的判定方法，从水力学与泥沙动力学观点出发，在4种不同坡度有机玻璃床面与人工粗糙床面(砂粒粒径为0.5～1 mm)上对坡面薄层水流进行了试验研究，并应用水力学二元流雷诺数与泥沙动力学绕流雷诺数对坡面薄层水流流态进行了分析比较，研究结果表明绕流雷诺数能较好反映坡面薄层水流流态。     

雨滴击溅对坡面径流输沙的影响

针对雨滴击溅下坡面径流输沙研究中存在的研究方法及机理需要深入探讨的问题,通过室内人工模拟降雨与放水冲刷试验相对比的方法,研究有无雨滴击溅对坡面径流输沙的影响。研究结果表明:雨滴击溅会增强水流的紊动作用和水流流态的不稳定性,但这并不意味着雨滴击溅总是增加坡面输沙的强度;当坡度较大时(10°～12°),随雨强的增加,雨滴击溅对坡面流单宽输沙率的贡献由增强转为抑制。初步给出坡面输沙的影响因素及雨滴击溅对坡面产沙的贡献关系。上述研究对深入探讨坡面输沙机理提供了新的认识。     

雨滴直径对表土结构和入渗特征的影响

为探究雨滴击溅对表层土壤结构和入渗特征的影响,揭示土壤微结构与入渗间的深层关联,以黄土高原土为对象,采用模拟降雨、同步辐射CT扫描和入渗试验,系统地分析了不同雨滴击溅作用下土壤结构变化与入渗速率间的关系。结果表明:(1)击溅土壤结构发生变化,团聚体数量和三维分形维数显著增加,孔隙体积和大孔隙率显著减小。雨滴直径越大,击溅后的团聚体破碎程度越强,孔隙堵塞率最高达46.40%。(2)雨滴击溅下,破碎的团聚体堵塞孔隙,在土壤表层形成致密低渗的结皮层,结皮强度随雨滴直径和击溅次数的增加逐渐增加。(3)土壤入渗速率随雨滴直径和击溅次数的增加逐渐减小,经过3次雨滴击溅后减渗效应最高可达91.81%。(4)土壤稳渗速率与雨滴直径和土壤结构特征参数呈显著指数关系变化。研究表明,雨滴直径显著影响表层土壤结构和入渗特征,雨滴直径越大,土壤结构越分散,土壤入渗能力越低。     

雨滴击溅在薄层水流侵蚀中的作用

试验采用人工模拟降雨方法,对薄层水流侵蚀的两个阶段——雨滴击溅及径流侵蚀进行了模拟试验研究。得出:在消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀的主要营力为薄层水流的拖拽力（τ=rhsinα）,且径流侵蚀量S_R与τ有下列关系式: S_R=921.497τ^1.713 r=0.876 α=0.017 以上式为基础,即可从有雨滴打击作用下所产生的侵蚀量中推算出径流侵蚀量S_R与雨滴侵蚀量S_Rd。结果表明:S_Rd一般占总侵蚀量的70%以上,最高可达95%,说明薄层水流侵蚀所产生的泥沙绝大部分是由雨滴击溅所致。因此,笔者认为坡度较小地段的薄层水流侵蚀,应以消除或降低雨滴击溅作用为其主要防治措施。     

雨滴对击溅侵蚀的影响研究

采用雨滴发生器产生雨滴,选用5种直径的雨滴在4种降落高度下,分别对5种含水量的壤土进行雨滴击溅实验,每组实验设定2个重复,分析雨滴直径以及雨滴动能对溅蚀量的影响,同时分析溅蚀量的粒径分选特征。结果表明:(1)当雨滴动能小于0.067 4×10-3 J时,雨滴不能产生击溅侵蚀。在一定的雨滴直径范围内,小雨滴产生的溅蚀量较多,即小雨滴易于造成击溅侵蚀。溅蚀量随着雨滴动能的增加呈线性增长。(2)对于同种类型的土壤,溅蚀量随着前期含水量的增加而增大,存在着使土壤溅蚀量达到最大的前期含水量。土壤前期含水量与土壤抗蚀性呈负相关关系。(3)溅蚀土粒的粒径≤2mm时,其中细砂粒和粘粒含量与原土较为接近,粉粒含量远低于原状土壤,而粗粉粒含量远高于原状土壤。随着雨滴动能的增大,溅蚀土粒的分选规律变得明显,小粒径(0.05mm)土粒的溅蚀量随着雨滴动能的增大而减小,大粒径(0.2mm)土粒的溅蚀量随着雨滴动能的增大而增加。     

人工加糙床面薄层滚波流水力学特性试验

为了探求坡面薄层水流水力特性,从流体力学与泥沙运动学观点出发,研究均匀粗糙尺度床面（人工加糙粒径为0.380 mm）,5种不同坡度和17种单宽流量下坡面薄层水流水力学参数变化规律。结果表明：坡面薄层水流流态指数在0.33~0.43之间变化,水力关系可用流态指数综合反映;滚波流速随着流量增加逐渐增加,坡度对其影响较小;波长随着流量呈单驼峰形式变化,即先随流量的增加而增加,达到峰值后又减小,峰值对应的单宽流量为0.278 L/(s·m);滚波频率随流程的增加逐渐衰减,同时随着单宽流量的增加,平均衰减系数增大;试验条件下层流失稳产生的临界弗劳德数在0.64左右,紊流失稳临界弗劳德数在2.13左右。     

雨滴击溅对耕作层土壤团聚体粒径分布的影响

为研究不同雨滴直径的降雨对耕作层团聚体的破碎及其粒径分布特征的影响,该文选取4个雨滴直径(2.67~3.79 mm)对耕层土壤(0~20 cm)团聚体进行雨滴击溅试验,每次试验各滴5 000滴,每1 000滴收集1次溅蚀团聚体。结果表明:1)所有收集次序中雨滴直径3.79 mm溅蚀量最大,累积雨滴数为2 000、3 000和4 000时,溅蚀量与雨滴直径均呈显著的指数函数关系。2)各雨滴直径的溅蚀量随粒径减小呈增大-减小-增大趋势,2 mm粒径的溅蚀量几乎为0,0.053 mm粒径的溅蚀量随雨滴直径增大而增大。3)相同雨滴直径不同累积雨滴数之间平均重量直径值差异不显著,相同累积雨滴数不同雨滴直径之间平均重量直径值差异不显著(P0.05)。4)不同雨滴直径溅蚀团聚体富集率随粒径变化一致,1 mm粒径溅蚀量团聚体富集率值接近0,0.053~1 mm粒径团聚体富集,1 mm粒径团聚体主要破碎成0.053~1 mm粒径团聚体,且粒级越小,富集率越高。研究可为黄土高原地区水土保持提供理论依据。